[发明专利]基于曲面拟合的地形生成方法

说明书

本发明提出了一种基于曲面拟合的地形生成方法，旨在提高生成地形的精确度，并通过简化地形生成难度，缩短地形生成时间，具体步骤为：(1)读取数字高程模型DEM数据；(2)构建二维空间H；(3)建立高程矩阵并进行平滑处理；(4)对高斯平滑高程矩阵{Zsubgt;a×b/subgt;}进行划分；(5)对每个子矩阵进行曲面拟合；(6)获取地形生成结果。本发明将曲面拟合应用于地形生成技术，提高生成地形的精确性，有效减少了地形中的毛刺现象，且简化了地形生成的难度，同时具有较好的存储性和清晰表达式等优点。

技术领域

本发明属于三维地图技术领域，涉及一种地形生成方法，具体涉及一种基于曲面拟合的地形生成方法，可应用于地形的数字三维可视化，工程计算领域。

背景技术

随着现代技术水平和人们生活需求的提高，地图越来越多地被运用于生活场景中，传统二维地图已无法满足人们的各种需求，数字三维化地图逐渐替代二维地图进入人们的视野。但由于地形具有尺寸大、地面凹凸不平的特性，目前来说如何对地形进行三维可视化建模仍是一个值得研究和讨论的问题。

对于三维地形来说，都离不开地理信息系统(GIS)数字高程模型(DEM)数据，这些数据往往是一系列较为稀疏的数据点。DEM分辨率是刻画地形精确度的一个重要指标，分辨率指的是DEM最小单元格的长度，单元格长度越小，分辨率越高，刻画的地形则越精确，但是同时数据量也会增大。目前来说民用DEM数据已经做到90m分辨率精度，但对于高精度地形生成来说，仍是过于稀疏的。因此如何运用现有DEM数据生成高精度地形仍是三维地图技术领域的研究热点。

地形生成分为基于均匀的矩形网格的地形生成方法、基于非均匀的三角网格的地形生成方法以及基于插值采样的地形生成方法，其中基于均匀的矩形网格的地形生成方法生成的地形误差较大，地面上毛刺现象非常多导致生成的地形不够平滑；基于非均匀的三角网格的地形生成方法生成的地形误差较小，但是受局限于网格的点、线、面数据结构，从而导致网格数据量较大。

基于插值采样的地形生成方法则是基于前两种生成方法的基础上，通过每个采样点对网格数据进行插值处理，同样有数据计算量大的缺陷。例如申请公布号为CN106709991 A，发明名称为“基于U3d地形系统的3D曲面的趋近生成方法及系统”的专利申请，公开了一种基于U3d地形系统的3D曲面的趋近生成方法，该方法的实现步骤为：(1)对将创建的3D曲面的多个变形控制点的二维点坐标(x,z)进行3D点到面的趋近算法处理，得到一个多层级的B-样条曲线趋近的Y轴高度坐标。(2)在利用unity3D自动生成地形模型时，将Y轴高度坐标作为高程数据进行调用，构建3D曲面地形。该方法有效提高了3D曲面地形的仿真效果。但是其存在的不足之处是：该方法受原始数据精度约束，并且利用由点到线的拟合来趋近到面上，得到的地形利用unity3D绘制速度较慢，地形生成时间长，数据的运算量较大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于曲面拟合的地形生成技术，旨在提高生成地形的精确度，并通过简化地形生成难度，缩短地形生成时间。

本发明的技术思路是，读取DEM数据，将高程数据排列成矩阵后进行平滑处理，将平滑后的高程矩阵进行分块，对每一块子矩阵生成相应的拟合点；然后对每个子矩阵的所有拟合点进行曲面方程的拟合，从而生成最终的曲面地形，具体实现过程包括如下步骤：

(1)读取数字高程模型DEM数据：